基于工業電視攝像系統的設計與方案討論

何依璘

【摘要】工業電視用于監視工業生產過程及其環境的電視系統。該系統主要由攝像機、傳輸通道、控制器和監視器組成。我國礦井下用的工業電視監控系統，一般采用固定式安裝方式。本文試制了一套地面可控、可移動攝像儀，可以遠距離地移動，近距離觀察機電設備及井下皮帶的運行狀態，能及時視察設備的運行狀態，提前預防機電設備事故的發生。

【關鍵詞】攝像系統 工業電視 設計方案

一 工程概況

工業電視用于監視工業生產過程及其環境的電視系統。該系統主要由攝像機、傳輸通道、控制器和監視器組成。基于此，某礦井下一變電所硐室內試制安裝一套長100m跑道的可控、可移動攝像儀。設想用小型防爆步進電機來做驅動動力，推（拉）動攝像頭做往復運動，帶動攝像儀做前或后移動。其特點是：步進電機的體積小、重量輕、精度高、運行平穩、噪音低、控制靈活可靠，可實現多級保護。安全系數高，廣泛應用于各種自動化的控制。首先，在地面上安裝固定滑道（長約50m）做實驗，攝像儀距地面2m， 將監視攝像儀安設在能用步進電機帶動行走的小車上，再把小車裝進特制的跑道里，步進防爆電機通過地面工業電視主控箱的不同功能的操縱，編碼器發出的控制信號來控制步進電機的正轉、反轉，需用不同的轉速，帶動小車向前或向后行走，而使攝像儀移動。攝像儀的運行速度可控制在3-20m/min之間，根據實際情況即可設置自動循環監控和人工手動控制調整，以適合不同場合的工作需要，達到最佳的圖像傳輸效果。

二 系統主成

系統主要由地面部分和井下部分構成。地面部分主要由電視墻、控制系統、地面光端機等組成；井下主要由井下光端機、防爆步進電機、PLC控制箱、防爆攝像儀、防爆電源、滑道及小跑車組成。系統簡圖如圖1。

三 系統設計與實現

1 圖像采集與傳輸。井下攝像儀所拍攝的視頻圖像的電信號傳輸到井下光端機處理，轉換為光信號，再經過光纜傳輸到井口光端機處理，變換回視頻信號后傳到圖像顯示終端。圖像采集與傳輸如圖2所示。

2 地面與井下控制實現與信號傳輸。考慮攝像儀數據信息量比較大，因而地面與井下的信號采用光纖傳輸。當操縱地面工業電視主機上控制鍵左（右）鍵或操縱擺桿時，系統主機通過控制編碼器發出左（右）控制電信號，將此信號傳輸到地面光端機處理，使電信號轉換成光信號，通過光纜傳輸到井下光端機。井下光端機把光信號再轉換成控制電信號，經過解碼控制器處理成所需的控制信號傳輸到防爆控制箱處理，最后將處理后的信息經PLC進入步進電機驅動電路，來控制步進電機的運行。地面與井下傳輸框圖如圖3所示。

3攝像儀移動控制的實現。制器發送來的控制，經接口電路轉換成光電隔離后，由控制板電路來接收、處理控制信息，處理后經驅動電路到繼電器電路控制板，來控制多功能電源箱，以便控制步進電機的反正轉。步進電機變速后帶動驅動齒輪轉動傳速來帶動小車前后行走，以達到左（右）拉動攝像儀的目的。另外，通過變速箱來提高驅動扭矩力。控制步進電機的脈沖發送頻率就能改變攝像儀的移動速度，左（右）鍵松開后，攝像儀就停止移動運行。為防止攝像儀在移動至滑道兩端停止點時出現失控現象，在滑道兩端的臨界停止點，各安裝兩套電控和磁控兩級保護限位開關，使攝像儀在到達設定的指定位置時，能及時停止步進電機的運轉，以防損壞攝像儀的設備。其原理如圖4所示。

4 整體實現步驟。（1）可控可移動攝像儀選擇彩色防爆攝像儀。光圈、焦距可控可調小型萬能云臺與一體的高清晰攝像儀。該攝像儀應選擇全方位變速云臺和多功能解碼控制器于一體的防爆監控產品，適用于煤礦等爆炸環境的井下。（2）雙向ASI-TS流數字視頻光端機。ASI-TS是高可靠、高性能的串行數字光傳輸設備，用于數字傳輸業務的延伸，可實現2點之間TS流信號的雙向互傳。可以將一路最大輸入數據速率達到270Mbps的TS流經過高精度PCR校正后調制成一路光信號高速碼流在光纖中實現遠距離傳輸，基于單芯光纖傳輸雙向270M標準的MPEG-2/DVB ASI碼流。ASI-TS光端機完全兼容HDTV的高清晰度數字電視信號。（3）單相混式步進電機。步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（稱為“步距角”），它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差（精度為100%）的特點。（4）跑道及小車部分。跑道與滑車部分的制作有某礦機械廠加工。跑道用阻燃防靜電耐磨高強度塑料注塑而成。做成10m一段，兩個跑道之間的連接用5mm厚的鋼板縫合起來，接縫處要平滑，縫隙的間隙不大于2mm為宜。并吊掛在固定的三腳架上，將跑車（用不銹鋼板焊接，由防爆步進電機，減速箱及驅動齒輪及4個跑輪構成）安裝在滑道的下方，步進電機運行時就能帶動攝像儀在跑道上平穩的運行。

四 安裝與調整

（1）以上設備制作調試完成后進行總的組裝。（2）先把50m長的固跑道水平安裝離地面2m高的三角形吊架上、把步進電機的總成安裝在小車上，攝像儀固定在小車的一端。（3）把小車調試好后放進跑道，兩端用擋板進行固定，以防小車滑出。（4）在跑道兩端停止臨界點安裝兩級電控和磁控保護開關，以確保攝像儀工作運行的安全性。（5）電氣的連接按說明書連接，接上電源。（6）光纜及控制線固定在一起后，用吊環掛在跑道一側的鋼絲繩上，鋼絲繩用直徑8mm制作長度與跑道一樣長短。線路跟隨攝像機在鋼絲繩上來回滑動。（7）各部件安裝好后，可以進行通電調試工作。經運行一段時間性能穩定可靠后，組織專家驗收論證再安裝井下東翼區域變電所內進行使用。

參考文獻

【1】李金伴、李捷輝，“工業電視監控系統培訓教程”，化學工業出版社，2011

【2】羅世偉、 鄒開耀，“視頻監控系統原理及維護”，電子工業出版社，2007